Doctorado en Ingeniería: Área Ingeniería Eléctrica
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Item Evaluación de desempeño de estrategias descentralizadas de operación de redes de distribución para la gestión de recursos energéticos distribuidos(Universidad Industrial de Santander, 2019) Serna Suárez, Iván David; Carrillo Caicedo, Gilberto; Ordoñez Plata, GabrielEl aumento de la penetración de la energía solar fotovoltaica plantea varios desafíos para el funcionamiento de las redes de distribución, principalmente porque una alta penetración de este recurso podría causar problemas de confiabilidad. Por lo tanto, para explotar eficientemente estos recursos energéticos distribuidos (DERs), se ha propuesto una transición hacia una operación "Activa" de las redes de distribución. Entre los desafíos para implementar lo que se llama un "Sistema de Distribución Activo" (ADN), esta tesis se enfoca en la programación óptima de los DER, específicamente, en la solución del flujo de potencia óptimo (ACOPF) trifásico relacionado con este problema. En este último, el estado del arte a menudo se limita a modelos unifilares e ignora algunas características claves de las redes de distribución. Además, recientes avances en la optimización convexa plantean la posibilidad de descentralizar completamente la toma de decisiones en los ADN, lo que podría aumentar la resiliencia y la escalabilidad de la red. Para comprender los límites de las soluciones del ACOPF trifásico y evaluar el desempeño de las estrategias descentralizadas en los ADN, se presenta un estudio exhaustivo sobre la programación óptima de DERs en redes de distribución desbalanceadas. Además, se presenta un novedoso algoritmo para resolver el ACOPF trifásico como una secuencia de problemas de optimización cuadráticos restringidos cuadráticamente. Dicha formulación puede resolver el problema de programación óptima de DERs de manera centralizada o descentralizada, conlleva a un menor desbalance en el voltaje y un menor tiempo de cálculo que su contraparte no lineal. Además, converge a un punto factible para el problema primal de la formulación no lineal, sin mayores sacrificios en optimalidad. Gracias al estudio, se presentan algunas ideas clave sobre cuándo y por qué incluir modelos trifásicos, y la relación entre las funciones objetivo del problema, los contraflujos de potencia y la capacidad máxima en la red para albergar DERs.Item A Methodology to Compare the Effects of Demand-Side Management Strategies in the Planning of Islanded/Isolated Microgrids(Universidad Industrial de Santander, 2021) Oviedo Cepeda, Juan Carlos; Solano Martínez, Javier Enrique; Duarte Gualdrón, César Antonio; Blanco Solano, Jairo; Petit Suárez, Johann Farith; Torres Barreto, Martha Liliana; Mojica Nava, Eduardo; Hissel, DanielLa integración del dimensionamiento, el despacho, la gestión de la demanda gestión de la demanda y la fijación de tarifas desde la planificación de las microrredes aisladas puede reducir potencialmente los costos totales y los pagos de los clientes o aumentar la utilización de energías renovables. A pesar de estos beneficios, hay una escasez en la literatura que explore cómo estas características afectan a la planificación de las microrredes aisladas. Más aún, la literatura revisada carece de una metodología capaz de integrar los cuatro aspectos para medir sus impactos sobre la planificación de microrredes aisladas. Para llenar este vacío, esta tesis propone una metodología que integra los cuatro aspectos y la incorpora como un programa de software libre. La metodología utiliza módulos como bloques de construcción para representar los modelos de las fuentes de energía, los sistemas de almacenamiento, las funciones de respuesta de la demanda de los clientes y las estrategias de gestión de la demanda, entre otros. El enfoque modular permite a los planificadores de microrredes llevar a cabo sus análisis simplemente eligiendo los bloques de construcción que se ajustan a las características de sus proyectos de microrredes aisladas. La formulación matemática garantiza que cada bloque de construcción siga las Reglas Convexas Disciplinadas, lo cual garantiza la convexidad de la formulación resultante. Por lo tanto, la metodología propuesta puede garantizar la unicidad y la optimalizad de la solución, independientemente de la arquitectura de la microrred o de los bloques de construcción que elijan los planificadores.Item Evaluación del efecto de la ecuación de magnetización de Martsenyuk, Raikher y Shliomis sobre las predicciones de flujo de la teoría de difusión de momento angular interno(Universidad Industrial de Santander, 2020) Jiménez Leiva, Cristian Camilo; Vargas Torres, Hermann Raúl; Correa Cely, Carlos Rodrigo; Aguilera Bermúdez, Ernesto; Borrás Pinilla, Carlos; Mejía Ospino, Enrique; Pantoja Acosta, John Jairo; Hernández Duarte, Andrés IgnacioEsta tesis doctoral trata sobre el comportamiento de flujo de fluidos magnéticos o ferrofluidos. Como se puede evidenciar en la literatura relacionada con la ferrohidrod-inámica, han pasado alrededor de cinco décadas después de que se evidenció la gen-eración de flujo de ferrofluidos, por el efecto de un campo magnético rotativo, sin que hasta el momento se haya llegado a un acuerdo sobre el mecanismo generador, debido a las diferencias de tipo cuantitativo entre los perfiles de velocidad teóricos y experimen-tales. Ante esta situación, se planteó anteriormente la teoría de difusión de momento angular interno (TDMAI), la cual busca describir los perfiles de velocidad de ferrofluidos que están bajo el efecto de un campo magnético rotativo. El objetivo principal de esta investigación es evaluar, a partir de la TDMAI, el uso de la ecuación de magnetización propuesta por Shliomis, junto con la ecuación propuesta por Martsenyuk Raikher y Shliomis, con base en las predicciones de perfiles de velocidad de ferrofluidos, en presencia de campos magnéticos rotativos de alta amplitud y frecuencia, es decir, _x000B_ ˛ 1 y ˜ ˛ 1. Los resultados del modelo son comparados con datos experimentales de perfiles de velocidad disponibles en la literatura. La metodología de investigación está encaminada a demostrar que se puede conseguir un mayor acuerdo, de tipo cuantitativo, entre el modelo ferrohidrodinámico y datos experimentales, específicamente para una geometría cilíndrica y una anular. El principal aporte de este trabajo es la validación o no de la TDMAI como mecanismo generador de flujo, en ferrofluidos bajo el efecto de campos magnéticos rotativos. Adicionalmente, se presentan las predicciones de la TDMAI para ferrofluidos contenidos en un canal de placas planas y paralelas, de dominio bidimensional y con una interfase ferrofluido-aire, en donde _x000B_ ˛ 1 y ˜ ˛ 1.Item Estimación de las variaciones de tensión de corta duración en sistemas de distribución en el marco de las redes eléctricas inteligentes(Universidad Industrial de Santander, 2018) Blanco Solano, Jairo; Petit Suárez, Johann Farith; Ordóñez Plata, Gabriel; Villamizar Mejía, Rodolfo; Quiroga Quiroga, Óscar Arnulfo; Solano Martínez, Javier Enrique; Madrigal Martínez, Manuel; Ustáriz Farfán, Armando JaimeLas perturbaciones que afectan la calidad de potencia cobran gran interés debido a los crecientes impactos económicos y operativos en los sistemas eléctricos. Dentro de este conjunto de perturbaciones se destacan las Variaciones de Tensión de Corta Duración (VTCD), debido principalmente por el mal funcionamiento que pueden ocasionar en los equipos y procesos de los usuarios finales del servicio de energía eléctrica. Teniendo en cuenta que la implementación masiva de medidores en todos los nodos de la red eléctrica resulta inviable, surge como alternativa de solución el uso de un número limitado medidores, haciendo posible la aplicación de métodos de estimación de estado de las VTCD para determinar los índices de evaluación requeridos en aquellos nodos sin monitorización. En consecuencia, el objetivo en esta tesis es desarrollar un novedoso método de estimación de las VTCD basado en la teoría de los algoritmos de minimización de la norma-1, a su vez que se determina una configuración ´optima de medidores incorporando restricciones relacionadas con la naturaleza de la técnica de estimación formulada. El estimador propuesto usa mediciones sincronizadas únicamente en tensión y un número limitado de medidores, aprovechando la estructura matemática de los algoritmos de minimización de la norma-1 y su solución mediante la aplicación de la programación convexa. Además, para la ubicación optima de medidores se propone una nueva formulación de un problema de programación lineal entera y binaria. El desempeño del estimador propuesto es evaluado en tres sistemas de distribución de prueba: IEEE 34-bus, IEEE 123-bus y EPRI-Ckt7. Los estudios desarrollados consideran la operación radial y nuevos escenarios operativos del sistema IEEE 123-bus en un entorno de red inteligente. Los resultados validan la aplicabilidad del estimador, visto como una herramienta útil en el diagnóstico de la calidad de la prestación del servicio de energía eléctrica.